普通化学教案(1)-物质结构基础.doc

第一章：物质结构基础 Chapter 1：Structure of substance 第一节：原子结构 本节教学目的要求： 1、了解微观粒子的运动特性和电子波泣二象性。 2、粗知波函数、量子数的物理意义，掌握量子数的取值规则。 3、了解基态原子电子排布的三个原理和能级组的概念，掌握原子核外电子排布规律。 4、了解元素原子核外电子层结构周期性变化规律与周期表结构的关系，掌握周期表中各区元素原子的结构特点、主副族元素原子结构及主要性质的差异。 5、了解电子层结构、原子半径与元素性质变化基本规律的关系。 本章重点、难点： 1、了解微观粒子的运动特征，理解原子轨道、电子云、能级、几率密度分布、几率分布等概念。 2、掌握描述核外电子运动状态的四个量子数的取值规则，掌握原子核外电子填充原则及常见元素原子的核外电子排布。 3、理解和掌握原子核外电子层结构与元素性质变化规律的关系。 物质的性质是由物质的微观结构所决定的。在一般的化学反应中，原子核并不发生变化，只是核外电子的运动状态发生变化。因此，要说明化学反应的本质，了解物质的性质与结构的关系，推测新化合物合成的可能性，就必须了解原子结构，特别是原子的电子层结构。 一、原子结构理论的发展概况 1、道尔顿（John Dalton）的原子论——物质由原子构成，原子不可再分。 2、原子的含核模型 1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验认为：原子的中心有一个带正电的原子核，电子在它的周围旋转，原子中绝大部分是空的。电子的质量极小（质子的1／1836），原子的质量主要集中在原子核上，由质子数和中子数决定，原子是电中性的。 核外电子数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数 质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N） 原子核 质子 Z 其关系为：原子 中子 A-Z 核外电子 Z 3、原子结构的玻尔模型 玻尔提出原子中的电子能量也是不连续的、量子化的。并假设： （1）定态假设 原子中电子在固定轨道上旋转，不吸收能量。 （2）能级的概念 原子在不同轨道上旋转时，有不同的能量（能级）。 式中 n——量子数，1，2，3……；B——2.18×10－18J 基态：能量最低状态，如氢原子n＝1的状态。 激发态：能量较高状态，如氢原子n＝，3，4……的状态。 （3）跃迁时有能量放出或吸收 ， 式中 h——普朗克常数，h＝6.626×10－34J·s； ——辐射能的频率，s－1； E——辐射能，J。 在氢原子光谱中，电子从n＝3，4，5，6，7跃迁回到n＝2时，放出可见光中的五条光谱（其波长为λ＝C／ν，C＝3×108m／s），即Hα（656.3）、青Hβ（486.1）、蓝Hγ（434.0）、紫Hδ（410.2）、紫Hε（ 说明：（1）n＝1时，↑,ν↑,λ↓→紫外光谱。 （2）n≥3时，↓,λ↑→红外光谱。 玻尔理论成功的解释了氢原子光谱产生的原因及规律性，解决了以下几个问题： 氢原子为什么是线光谱，是由于轨道的能量是量子化的，发射光的频率也是量子化的，因此氢原子光谱不是连续光谱，而是线光谱。 提出了电子运动能量量子化的概念。 对氢原子光谱频率的计算结果与实验结果十分吻和。 玻尔理论的局限性： 不能解释氢原子光谱的精细结构。 不能解释多电子原子的光谱。 不能解决化学键形成的本质原因。 4、原子结构的波动力学模型（1926年）——薛定鄂方程 其中， y 为波动函数，是空间坐标x、y、z 的函数。 E 为核外电子总能量，V 为核外电子的势能，h 为普朗克常数，m 为电子的质量。 二、微观粒子的运动特征 1、波粒二象性 （波粒二象性，即波动性和粒子性） ①1924年，法国 物理学家德布罗意提出假设 ＝h／mv ②1927年，美国 物理学家戴维逊通过电子衍射实验证实了电子运动具有波动性。指出为物质波，概率波。 电子衍射图 ③1928年，又证实了质子、中子、原子、分子等微观粒子的运动都具有波动性。 结论：电子及所有实物粒子的运动特征是具有波粒二象性。 三、原子轨道与电子云 1、波函数ψ： 薛定鄂方程 其中， y 为波动函数，是空间坐标x、y、z 的函数。 E 为核外电子总能量，V 为核外电子的势能，h 为普朗克常数，m 为电子的质量。 解此方程可得：①系统的能量E ； ②波函数ψ。 （1）E = -1312/n2（kJ ·mol-1） 直角坐标转变为球坐标 ψ（x,y,z)→ ψ（r,θ,φ) ψ（r,θ,φ) = R(r)·Y（θ,φ） 导出 n——主量子数 l ——角量子数 m——磁量子数 R (r)——径